光电子技术安毓英习题答案(全)

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1、第一章1.设在半径为Rc的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l0处有一个辐射强度为Ie的点源S，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。l0SRc第1.1题图解：因为，且所以LeDAsDAcl0qsqc第1.2题图2.如图所示，设小面源的面积为DAs，辐射亮度为Le，面源法线与l0的夹角为qs；被照面的面积为DAc，到面源DAs的距离为l0。若qc为辐射在被照面DAc的入射角，试计算小面源在DAc上产生的辐射照度。解：亮度定义:强度定义:可得辐射通量：在给定方向上立体角为：则在小面源在DAc上辐射照度为：3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装

2、置面对的天空背景），其各处的辐亮度Le均相同，试计算该扩展源在面积为Ad的探测器表面上产生的辐照度。答：由得，且则辐照度：4.霓虹灯发的光是热辐射吗？不是热辐射。霓虹灯发的光是电致发光，在两端放置有电极的真空充入氖或氩等惰性气体，当两极间的电压增加到一定数值时，气体中的原子或离子受到被电场加速的电子的轰击，使原子中的电子受到激发。当它由激发状态回复到正常状态会发光，这一过程称为电致发光过程。5.刚粉刷完的房间从房外远处看，它的窗口总是显的特别黑暗，这是为什么？答：刚粉刷完的房间可以看成一个光学谐振腔，由于刚粉刷完的墙壁比较光滑，容易产生几何偏折损耗，故看起来

3、总是特别黑。6.从黑体辐射曲线图可以看出，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长lm随温度T的升高而减小。试由普朗克热辐射公式导出T=常数证明：令=0，解得：。得证7.黑体辐射曲线下的面积等于等于在相应温度下黑体的辐射出射度M。试有普朗克的辐射公式导出M与温度T的四次方成正比，即M=常数这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律，其中常数为5.67´10-8W/m2K4解答：教材P9，对公式进行积分即可证明。8.宇宙大爆炸遗留在宇宙空间的均匀背景辐射相当于3K黑体辐射，此辐射的单体辐射出射度在什么波长下有极大值？思路分析：通过1.6题不难看出，对于黑体辐射，当辐射出

4、射度取最大值时，波长和温度T有关系，且乘积为常数，此题便可利用这个关系直接求解。解题过程如下：解：由1.6可知T=3K9.常用的彩色胶卷一般分为日光型和灯光型。你知道这是按什么区分的吗？答：日光型和灯光型是按色温来区别的。为了表示一个热辐射光源所发出光的光色性质，常用到色温度这个量，单位为K。色温度是指在规定两波长具有与热辐射光源的辐射比率相同的黑体的温度。10.为频率在间黑体辐射能量密度，为波长在间黑体辐射能量密度。已知，试求。解答：由，通过全微分进行计算。11如果激光器和微波器分别在λ=10μm，λ=500nm和ν=3000MHz输出一瓦的连续功率，问每

5、秒钟从激光上能级向下能级跃迁的粒子数分别是多少？解答：，由能量守恒可得：当=10um时，当=500nm时，当=3000M时12设一对激光能级为E2和E1（g2=g1），相应的频率为ν（波长为λ），各能级上的粒子数为n2和n1。求（1）当ν=3000MHz，T=300K时，n2/n1=？（2）当λ=1μm，T=300K时，n2/n1=？（3）当λ=1μm，n2/n1=0.1温度T=？。解答：（1）（2）由可求出，代入得（3）=0.113试证明，由于自发辐射，原子在E2能级的平均寿命。证明：为单位时间内自发跃迁的原子数，为平均寿命，可理解为跃迁的时间，故由，代入

6、上式，即可证得14焦距f是共焦腔光束特性的重要参数，试以f表示，，，。由于f和是一一对应的，因而也可以用作为表征共焦腔高斯光束的参数，试以表示f、，，。解答：15今有一球面腔，R1=1.5m，R2=-1m，L=0.8m。试证明该腔为稳定腔；并求出它的等价共焦腔的参数。解答：稳定强条件：，求出g1和g2为腔参数。16某高斯光束=1.2mm，求与束腰相距0.3m，10m和1000m远处的光斑的大小及波前曲率半径R。解答：20.试确定下列各组光波表示式所代表的偏振态：（1）（2）（3）思路分析：判断偏振光的状态，应看相位差。解题过程如下：解：（1）为圆偏振光（2）

7、为右旋椭圆偏振光（3）为圆偏振光1.21已知冕牌玻璃对0.3988um波长光的折射率为n=1.52546，，求光波在该玻璃中的相速度和群速度。思路分析：相速度、群速度，代入求解。解题过程如下：解：第二章1.何为大气窗口，试分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素。答：对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收。光波几乎无法通过。根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为大气窗口。位于大气窗口内的光辐射对大气分子的吸收几乎免疫，所以衰减因素主要是大气分子的散射、大气气溶胶的衰减和大气湍流效应。2.何为大气湍流效应，大气湍

8、流对光束的传播产生哪些影响？答：是一种无规则的漩涡流